FI119218B - Menetelmä puun rungon halkaisijan määrittämiseksi harvesterin karsintapäässä ja harvesterin karsintapää - Google Patents

Description

119218 MENETELMÄ PUUN RUNGON HALKAISIJAN MÄÄRITTÄMISEKSI HARVESTERIN KARSINTAPÄÄSSÄ JA HARVESTERIN KARSINTAPÄÄ

Keksinnön kohteena on menetelmä puun rungon halkaisijan määrittämiseksi harvesterin karsintapäässä, jossa menetelmässä puun rungon halkaisija mitataan har-5 vesterin karsintapäässä puun käsittelyn aikana. Keksinnön kohteena on myös harvesterin karsintapää, johon kuuluu tartuntaelimet, karsintaterät ja puun rungon katkaisulaite ja johon karsintapäähän kuuluu puun rungon halkaisijan mittauslaite.

Hakkuiden yhteydessä on tiedettävä myytävien tukkipuiden tilavuus (ts. myytävän puun määrä), jotta voidaan määrittää metsänomistajalle maksettava korvaus. Pui-10 den tilavuus määritetään tavallisesti puunrungon paksuuden ja pituuden avulla laskennallisesti. Nykyaikaisessa metsäkoneessa katkaistun tukin pituus määritetään mittaamalla puun rungon katkaisukohtien välinen välimatka ja halkaisija kahdella harvesteripäähän kuuluvalla telalla, jotka käännetään puun runkoa vasten. Tällainen mekaanisesti toimiva puun rungon halkaisijan mittauslaite mittaa puun hal-15 kaisij an puun kuoren päältä.

Mekaanisiin rulliin perustuvalla mittaustavalla päästään periaatteessa käytännön tilavuuslaskennassa riittävään mittaustarkkuuteen (±1.0 mm). Käytännössä on kuitenkin todettu, että tällaisella halkaisijan mittausmenetelmällä saavutettava mittatarkkuus vaihtelee suuresti eri tekijöistä johtuen. Eräs mekaanisen mittauksen . .·. 20 mittausepävarmuutta lisäävä tekijä on se, että mittapäät painuvat puun sisään eri . tavalla eri olosuhteissa. Kesällä tela painuu pehmeän puun kuoren sisään tai pu- • · « ristaa kuorta kasaan. Vastaavasti talvella painumista ei tapahdu yhtä paljon, koska * · » " puun kuoren huokosissa oleva vesi on jäässä ja kuori on huomattavasti kovempaa ja jäykempää kuin kesällä. Tyypillisesti lämpötila vaihtelee vuorokauden eri ai- • · · ··" 25 koina ja muutokset ovat joskus äkillisiä. Riippuen useasta eri tekijästä, kuten mm.

puulajista, lämpötilan vaikutus mekaaniseen mittaustapaan vaihtelee. Pahimmillaan mittaustulosten vaihtelu voi olla jopa ±20 mm, kun lämpötila vaihtelee -20 -.,*·* +15 °C. Lisäksi keväisin tietyillä puulajeilla mittaustarkkuuteen vaikuttaa puun :***: kuoren irtoaminen runkoa työstettäessä.

• · :. 'i 30 Mittaustulosten vaihtelusta johtuen harvesterin kuljettaja joutuu kalibroimaan mittapäät usein useita kertoja päivässä, mistä aiheutuu varsinaisen tehokkaan työ- ajan lyheneminen. Tämä lisää hakkuiden työkustannuksia. Lisäksi, koska hal- ,*···. kaisij an mittauslaitteen kalibroinnin ajoittaminen voi epäonnistua (esim. ilman • · lämpötila muuttuu nopeasti kalibroinnin jälkeen), on mahdollista, että nykyisin 2 119218 tunnettujen puun rungon halkaisijan mittauslaitteiden mittaustuloksiin perustuva puun määrä ei aina vastaa todellista puun määrää.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä puun rungon halkaisijan mittaamiseksi harvesterin karsintapäässä, jolla poistetaan edellä mainittuja nykyisiin 5 puun halkaisijan mittausmenetelmiin liittyviä epäkohtia. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin menetelmä puun rungon halkaisijan mittaamiseksi harvesterin karsintapäässä, jolla puun rungon halkaisija voidaan mitata puun käsittelyn aikana aikaisempaa tarkemmin, ja johon ulkoisten olosuhteiden, kuten ulkoilman lämpötilan vaihtelut eivät vaikuta niin paljon kuin nykyisin tunnetuilla me-10 netelmillä tapahtuviin mittauksiin, jolloin mittauslaitteiston kalibrointitarve vähenee ja säästetään kallista kalibrointiin kuluvaa työaikaa. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin harvesterin karsintapää, johon kuuluu keksinnön mukaisen menetelmän mukainen puun rungon halkaisijan mittauslaite.

Keksinnön tarkoitus saavutetaan menetelmällä puun rungon halkaisijan määrittä-15 miseksi harvesterin karsintapäässä ja harvesterin karsintapäällä, jolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä puun rungon halkaisija mitataan ultraääneen perustuvalla mittausmenetelmällä. Ultraääneen perustuvalla mittausmenetelmällä puun rungon halkaisija voidaan määrittää kosketuksettomasti sekä niin, että ul- : ;·; 20 koilman lämpötilan vaihteluista, jäätymisestä ja muista ulkoisista tekijöistä aiheu- • · · . .·. tuvat muutokset voidaan huomioida mittauksen aikana, jolloin puun rungon hal- :*,*·. kaisija saadaan määritettyä karsintapäässä puun käsittelyn aikana aikaisempaa tar- • · · kemmin ja luotettavammin. Tämän ansiosta voidaan mittauslaitteiston kalibrointia · . vähentää, mikä vähentää siihen kuluvaa kallista työaikaa ja parantaa siten hak- 25 kuutyön kannattavuutta ja tuottavuutta. Lisäksi harvesterin karsintapäässä tapah- • · *···* tuva mittaus edellyttää antureilta toimivuutta usein pölyisissä, mutta myös kos teissa sekä roskaisissa olosuhteissa. Ultraääneen perustuvassa mittausmenetel-mässä käytettävät anturit ovat pienikokoisia ja kestävät näitä mekaanisia ja kemi-allisia rasituksia monia muita ratkaisuja paremmin. Edelleen ultraääneen perustu- .·! : 30 vassa mittausmenetelmässä tarvittavat anturit voidaan asentaa olemassa oleviin ·· iitt! harvestereihin ilman karsintapään rakenteeseen ja toimintaan tarvittavia muutoksia . niin, että käsiteltävä puu voi liikkua karsintapäässä vapaasti karsinnan ja katkomi- ·· · : *.: sen edellyttämällä tavalla. Muilla menetelmillä tapahtuvassa mittauksessa tämä ei ··· ole useinkaan mahdollista.

3 119218

Keksinnön mukaisen menetelmän edullisessa sovelluksessa puun rungon halkaisija määritetään mittaamalla ainakin kolmen puun rungon pinnalla olevan pisteen etäisyyttä ainakin kolmella karsintapäähän kiinnitetyllä ultraäänianturilla. Tällaisessa menetelmässä tarvittavat ultraäänianturit voidaan asentaa olemassa oleviin har-5 vestereihin ilman karsintapäähän tarvittavia muutoksia, koska tarvittavat anturit voidaan kiinnittää karsintapäähän hyvin monella eri tavoin ja antureiden ja puun rungon välinen välimatka voi vaihdella. Lisäksi, koska käytetään ainakin kolmea anturia, jotka mittaavat ainakin kolmen puun rungon pinnalla olevan pisteen etäisyyttä, voidaan anturit asentaa kiinteästi paikalleen niin, ettei niitä tarvitse liikuttaa 10 tai käännellä harvesterin käytön aikana, vaan riittää kun anturit kiinnitetään paikalleen ja suunnataan niiden asennusvaiheessa niin, että kaikissa tilanteissa ainakin kolmen ultraäänianturin ultraäänisignaalit osuvat harvesterilla käsiteltävän paksuisten puun runkojen pinnalle, jolloin saadaan selville halkaisijan määrittämiseen riittävän, ainakin kolmen puun rungon pinnalla olevan pisteen sijainti karsin-15 tapäähän nähden.

Eräässä keksinnön mukaisen menetelmän edullisessa sovelluksessa etäisyys määritetään mittaamalla puun rungosta heijastuneen ultraäänipulssin lentoaika ja laskemalla ultraäänianturin ja puun rungon pinnalla olevan pisteen välinen etäisyys väliaineen äänennopeuden perusteella. Lentoaikamittaukseen perustuvalla etäisyy-20 den mittauksella päästään helposti riittävään tarkkuuteen, kun tehdään useita mittauksia. Tämän menetelmän etuna on erityisesti se, ettei se sinänsä vaadi moni- *··;* mutkaista mittaustiedon käsittelyä, koska riittää, kun määritetään se aika, joka uit- • · · /L* raäänipulssilta kuluu ultraäänilähettimeltä kohteeseen ja sieltä takaisin vastaanot- : timelle. Lisäksi, kun väliaineena käytetään ilmaa, voidaan mittaus toteuttaa kos- 25 ketuksettomasti.

• · * • · · · .···. Eräässä keksinnön mukaisen menetelmän edullisessa sovelluksessa etäisyys mää- • · ritetään vertaamalla puun rungosta takaisin heijastuneen ultraäänipulssin amplitu-. diarvoja kyseiselle puulajille aiemmin tehdyissä vertailumittauksissa saatuihin amplitudiarvoihin, joita vastaavat etäisyydet tunnetaan. Tällaisella menetelmällä • · *·;·* 30 ultraäänianturin ja puun rungon pinnan välinen etäisyys saadaan erittäin tarkasti, : ’ *.: kun suoritetaan riittävä määrä vertailumittauksia kaikille harvesterilla käsiteltäville • * ·:··· puulajeille ja eri etäisyyksille tarvittavalla etäisyysvälillä. Lisäksi myös tällainen mittaus voidaan toteuttaa kosketuksettomasti ja tällaisessa mittauksessa muodos- *,.; * tettavaa amplituditietoa voidaan käyttää suoraan kohteen tunnistamiseen, kun mää- • · '···’ 35 ritetään lähetetyn signaalin ja vastaanotetun signaalin välinen vaihe-ero.

4 119218

Eräässä keksinnön mukaisen menetelmän edullisessa sovelluksessa takaisin heijastuneen ultraäänipulssin vaiheen perusteella päätellään, millaisesta kohteesta ult-raäänipulssi on heijastunut ja tällä perusteella muodostetun kohdetiedon avulla korjataan alkuperäisiä mittaustuloksia niin, että korjattu tulos vastaa todellista ult-5 raäänianturin ja puun rungon välistä etäisyyttä. Tällainen menetelmä ei vaadi etäisyyden mittauksessa käytettäviin ultraääniantureihin tai muihin mittauslaitteiston osiin muutoksia, vaan tällainen kohteen tunnistus voidaan sisällyttää esim. lentoai-kamittaukseen perustuvaan etäisyyden mittausmenetelmään ohjelmallisesti. Lisäksi tällä tavoin tapahtuvan kohteen tunnistuksen avulla voidaan yksilöidä onko 10 mittauksissa käytetty ultraäänipulssi heijastunut kuoren päältä, kohdasta, josta kuori on irronnut vai esim. jäätyneestä puun kuoresta. Näin ollen tällaisella menetelmällä voidaan parantaa anturin ja puun rungon välisen etäisyyden mittauksen luotettavuutta ja tarkkuutta pelkän ohjelmallisesti tapahtuvan mittaustiedon käsittelyn avulla.

15 Eräässä keksinnön mukaisen menetelmän edullisessa sovelluksessa etäisyyden mittaustulosten perusteella määritetään ainakin kolmen puun rungon pinnalla olevan pisteen koordinaatit karsintapäähän kiinnitetyssä koordinaatistossa ja puun rungon halkaisija määritetään laskemalla koordinaattien avulla approksimoidun ympyrän halkaisija, joka vastaa puun rungon halkaisijaa. Puun rungossa voi olla 20 oksan kantoja tai muita kohoumia mittauskohdilla, joten puun rungon poikkileik- . kauksen muoto vaihtelee ja se voi välillä poiketa melko paljonkin mittauksissa • ♦ · oletetusta pyöreästä muodosta. Tästä johtuen kolmen mittauksissa saadun pisteen • · · ’»·* koordinaatit eivät välttämättä osu tarkasti samalle ympyrälle. Approksimoimalla : ympyrä esim. siten, että sen kehän ja etäisyyden mittauksilla saatujen pisteiden 25 välinen etäisyys minimoidaan (esim. pienimmän neliösumman menetelmällä) saa-daan ympyrä jonka halkaisija on mahdollisimman lähellä todellista, vastaavan ok-sattoman puun rungon halkaisijaa.

. Eräässä keksinnön mukaisen menetelmän edullisessa sovelluksessa etäisyyden • # · mittausten aikana mitataan ilman lämpötilaa lämpötila-anturilla ja ilman kosteutta • · ’···* 30 ilman kosteuden mittausanturilla ja ultraääniantureiden mittaustuloksia korjataan ilman lämpötilan ja kosteuden mittausantureilta saatujen mittaustulosten avulla.

• · •j..: Ilman lämpötila vaikuttaa äänen etenemisnopeuteen ja ilmankosteus ultraäänen vaimenemiseen ilmassa. Kuten aiemmin mainittiin ulkoilman lämpötila ja ilman • · ♦ kosteus voivat vaihdella melko huomattavastikin jo alle yhden vuorokauden ai- • * *···* 35 kana. Mittaamalla ilman lämpötilaa ja kosteutta ultraäänimittausten aikana voidaan 5 119218 nämä tekijät huomioida etäisyyden laskennassa ja tulosten analysoinnissa niin, etteivät niistä aiheutuvat muutokset lisää menetelmän mittausepävarmuutta.

Keksinnön mukaiselle harvesterin karsintapäälle on tunnusomaista se, että puun rungon halkaisijan mittauslaitteeseen kuuluu ainakin yksi ultraääneen perustuva 5 mittausanturi puun rungon halkaisijan määrittämiseksi. Ultraäänianturit ovat pienikokoisia, joten niiden sijoitteluja tarvittavat kiinnitysrakenteet voidaan toteuttaa niin, ettei harvesterin karsintapäähän tarvitse tehdä niiden takia muutoksia eikä laitteen muiden osien toteuttamista monimutkaistavia suojarakenteita. Lisäksi ultraäänianturit ovat hankinta- ja käyttökustannuksiltaan edullisia sekä kestävät me-10 kaanisia ja kemiallisia rasituksia muita (esim. optisia) kosketuksettomaan mittaukseen perustuvia ratkaisuja paremmin.

Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvassa 1 on esitetty erääseen keksinnön mukaiseen harvesterin karsintapäähän 15 kuuluvan puun rungon halkaisijan mittauslaitteen ultraääniantureiden sijainti ja asento mitattavaan puun runkoon nähden, kuvassa 2 on esitetty kuvan 1 mukaiseen harvesterin karsintapäähän kuuluvan puun rungon halkaisijan mittauslaitteiston lohkokaavio, kuvassa 3 on esitetty halkaisijan mittauslaitteiston toimintaa ohjaavan tietoko-20 neohj elman päätason lohkokaavio, j a !,·,·* kuvassa 4 on esitetty kuvan 3 lohkokaaviossa esitettyyn päätason lohkokaavioon : kuuluvan prosessointi-osan lohkokaavio.

• • · · • · *

Kuvien 1-4 mukainen puun rungon halkaisijan mittauslaite on asennettu harvesteriin, joka on puiden kaatamiseen, karsintaan, katkontaan ja kasaukseen tarkoitettu • · · 25 telasyöttöinen kouraharvesteri. Siihen kuuluu rakenteeltaan sinänsä tunnettu kaa- • · ’··.* topää, joka nostaa kouran pystyyn ja mahdollistaa puiden kaatamisen ennen kar- sintavaihetta ja karsintapää kaadetun puun oksien karsimista ja puun katkomista varten. Karsintapäähän kuuluu syöttölaite 2, karsintaterät 3 ja katkaisulaite 4 sekä ultraääniantureilla tapahtuvaan etäisyyden mittaukseen perustuva puun halkaisijan ,·.* ; 30 mittauslaitteisto, johon kuuluu kuvassa 1 esitetyt ultraäänianturit 5, 6 ja 7. Tällai- • · · ] | sen harvesterin alustakoneena voidaan käyttää sinänsä tunnettujen harvestereiden . tavoin esim. metsätraktoria, kaivinkonetta tai maataloustraktoria.

·· t • · · • · • * .···, Kuvan 1 mukaisen karsintapään runko (ei esitetty kuvassa 1), syöttölaite 2, kar- sintaterät 3 ja katkaisulaite 4 ovat rakenteeltaan sinänsä tunnettuja. Tästä syystä 35 karsintapää ja sen tärkeimmät osat on esitetty kuvassa 1 vain kaavamaisesti.

6 119218

Syöttölaite 2 käsittää puuta eteenpäin ja taaksepäin liikuttavat osat. Kosketus puuhun tapahtuu hydraulimoottoreilla pyöritettävien ja puun runkoa vasten hydraulisesti käännettävien telaketjujen välityksellä. Telaketjujen tehtävänä on puun pitäminen paikallaan ja toisaalta sen liikuttaminen kourassa niin, että karsintaterät 5 leikkaavat ja poistavat rungossa olevia oksia. Katkaisulaitteeseen kuuluu karsinta-pään runkoon kääntyvästi kiinnitetty ketjusaha, johon kuuluu hydraulimoottori, joka pyörittää terälaipassa olevaa teräketjua sekä sylinteri, joka kääntää terälaippaa puuta katkaistaessa. Lisäksi katkaisulaitteeseen 4 kuuluu mm. ketjusahan teräket-jun voitelulaite. Karsintaterien 3 tehtävänä on oksien irrottaminen puista. Tässä ta-10 pauksessa karsintapäässä on kolme karsintaterää, yksi kiinteä ja kaksi liikkuvaa terää. Terien muoto ja liikkuvien terien liikeradat on suunniteltu siten, että ne myötäilevät erikokoisia puita. Karsintaterät myös ohjaavat ja kannattavat puuta. Yhdessä telaketjujen ja karsintapään rungon kanssa ne määräävät puun aseman kourassa.

15 Karsintapäähän kuuluvaan puunrungon halkaisijan mittauslaitteeseen kuuluu ohjaus- ja prosessointiyksikkö, lähetinyksikkö, vastaanotinyksikkö, näyttöyksikkö, ympäristön tilaa (lämpötilaa ja ilman kosteutta) valvova anturiyksikkö, sekä te-honsyöttöyksikkö. Halkaisijan mittauslaitteiston rakenne on esitetty lohkokaavio-muodossa kuvassa 2.

20 Ohjaus- ja prosessointiyksikkö (CPM) koostuu tässä tapauksessa mikrokontrolle-rista ja siihen integroiduista oheislaitteista. Mikrokontrolleri on tässä tapauksessa : Texas Instrumentsin 16-bittinen, kiinteän pilkun ja pienen tehonkulutuksen • :*j omaava LF2407A-tyyppinen mikrokontrolleri. Se sisältää kaksi Event Manager -·· · moduulia (EVA, EVB), A/D-muuntimen (ADC-moduuli), Controller area network .:. 25 -moduulin (CAN-moduuli), serial communications interface -moduulin (SCI-mo- ,···, duuli), serial peripheral interface -moduulin (SPI-moduuli), PLL-pohjaisen kello- moduulin, digitaaliset I/O-pinnit, ulkoiset muistiliitynnät sekä Watchdog (WD) - , ajastinmoduulin. Ohjaus- ja prosessointiyksikön tehtävänä on laitteiston ajoitus, ·*· ·;;; ohjaus ja prosessointi.

• · • · .·[ ; 30 Lähetinyksikkö (TRM) käsittää kolme osaa: Siniaaltogeneraattorin, joka tuottaa • ·· ' pulssin lähetettäväksi ultraäänilähettimille, demultiplekserin, joka jakaa pulssin halutulle ultraäänilähettimelle ja itse ultraäänilähettimet. Lisäksi yksiköstä otetaan ·· · • V signaali ennen ultraäänilähettimiä ohjaus- ja prosessointiyksikössä olevalle A/D- muuntimelle taajuuden ja vaihe-siirron laskemista varten. Laskuja käytetään ver-35 tailtaessa lähetetyn ja vastaanotetun ääniaallon vaihesiirtoa.

7 119218

Vastaanottoyksikkö (RCM) käsittää kolme kanavaa, joihin jokaiseen kuuluu kolme pääosaa: Ultraäänivastaanottimet, vahvistimet ja analogiasuodattimet. Lisäksi joka kanavasta otetaan erikseen signaali mikrokontrollerin tiedonkeruulii-täntään (’Capture’-pinniin). Tästä signaalista saadaan määritettyä ultraäänen lento-5 aika j a kohteen etäisyys.

Mittauslaitteiston ultraääniantureina 5, 6 ja 7 on 40 kHz:n taajuudella toimivat erilliset keraamiset lähettimet ja vastaanottimet (esim. tyyppiä SQ-40-T-10B ja SQ-40-R-10B). Lähettimet kuuluvat lähetinyksikköön ja vastaanottimet vastaanottoyksikköön, mutta lähetin ja sen lähettämän ultraäänisignaalin vastaanottava 10 vastaanotin muodostavat anturiparin, jotka on kiinnitetty kuvassa 1 esitetyllä periaatteella karsintapäähän ja puun runkoon 1 nähden. Anturipareja on siten tässä sovelluksessa kolme. Yksittäisen anturin läpimitta on 10 mm ja korkeus asen-nusasennossa vajaa 10 mm. Lähettimien herkkyys on 110 dB ja vastaanotinten -70 dB. Pienen kokonsa puolesta anturit on suhteellisen helppo kiinnittää harvesterin 15 karsintapään runkoon. Tässä tapauksessa ultraäänianturit on kiinnitetty karsintapäähän sopivilla karsintapään runkoon asennettavilla kiinnitysrakenteilla eri asentoihin säädettävästi ja paikalleen lukittavasti. Anturit on säädetty ja lukittu paikalleen kuvassa 1 esitetyllä tavalla sellaiseen asentoon, että puun rungon halkaisijan vaihtelusta huolimatta ultraäänisignaali osuu mahdollisimman hyvin puun 20 runkoon, vaikka antureiden sijainti ja asento on mittausten aikana koko ajan sama.

, Todettakoon vielä, että antureiden kiinnitys on sellainen, että niiden kiinnityksen • · · *·*;’ lukitus voidaan tarvittaessa avata (esim. hakkuutyön aikana olevan tauon aikana) • · · ja antureita voidaan säätää parhaimman mahdollisen asennon löytämiseksi.

• · · • · ·

Ml * ····· Ultraäänianturien käyttölämpötila-alue on -20 - +60 ° C. Lisäksi anturit on asen- 25 nettu metallista valmistettuun suojakoteloon, ja säteilevän osan suojana on tiivis • · § * .···, kumisuoja, joka estää pölyn pääsyn anturiin (ei esitetty kuvassa 1). Kumisuoja • · vaikuttaa hieman ääniaaltoon. Tästä johtuen heijastuminen ja suora vaikutus aallon amplitudiin minimoidaan sekä kompensoidaan tarvittaessa ohjelmakoodissa. Li-säksi lähetinyksikön antureihin asennetaan kartiot (akustiset linssit) auttamaan • * *·;·* 30 signaalien suuntaamisessa ja kohdistamaan signaali oikeaan kohtaan niin, että i\j vastaanottimille saadaan mahdollisimman suuriamplitudtoen heijastuma.

, Ympäristön tilaa valvova anturiyksikkö (ESM) koostuu lämpötila-anturista ja il- ·· » : mankosteusanturista. Näiden avulla määritetään ulkoilman lämpötila ja kosteus halkaisijan mittausten aikana. Saatujen mittaustulosten avulla voidaan ultraäänen 35 käyttäytymiseen vaikuttavat ympäristön olosuhteet huomioida mittaustuloksissa.

8 119218

Ilman lämpötilan mittausanturina on tässä tapauksessa National Semiconductorin valmistama LM50 -piiri, jonka mittausalue on -40 °C - +125 °C. Piiri toimii yhdellä positiivisella syöttöjännitteellä (+4.5 V - +10 V). Se ei siis tarvitse negatiivista jännitettä tulostaakseen negatiivisia lämpötiloja. Anturin ulostulo on suorassa 5 suhteessa mitattavaan lämpötilaan (+10mv / °C). Anturin mittaustarkkuus on ±2 °C. Ilman kosteusanturina on Honeywellin HIH-3610-002 anturi, jonka ulostulo on lineaarinen ja riippuu käyttöjännitteestä. HIH-3610-002 on rakennettu kestämään likaa, pölyä ja öljyä. Näiden aineiden olemassaolo anturin pinnalla tosin hidastaa anturin reagointia ilmankosteuden muutoksiin. Suorassa vesisateessa ja au-10 ringonpaisteessa anturia ei suositella käytettäväksi sen luotettavan toiminnan ja tarkkuuden säilymisen vuoksi. Anturi asennetaan suojaisaan, avonaiseen koteloon, johon saadaan tehokas ilmankierto, ja kotelon materiaali valitaan sellaiseksi, että lämpötila pysyy anturin ympärillä samana kuin kotelon ulkopuolinen, ympäristön lämpötila. Anturille on luvattu -40 °C - +85 °C toiminta-alue ja tarkkuudeksi ± 15 2% RH parametrien ollessa 0-100 % RH (ei tiivistynyttä kosteutta anturin pin nalla, 25 °C ja käyttöjännite on +5 V). Lineaarinen tarkkuus on ± 0.5 % RH. Käyttöjännitteen ollessa +5 Vdc anturin ulostulot ovat 0.8 V - 3.9 V kosteuden ollessa 0 - 100 % RH. Kontrollerin A/D-muunninta varten jännitealueen maksimi saa olla 3.3 V. Jännitteen alennus toteutetaan jännitteenjako vastuksilla.

20 Tehonsyöttöyksikkö (PSM) koostuu regulaattoreista ja jännitteenvalvonta-pii- , reistä. Tehonsyöttöyksikön tehtävänä on muuntaa alustakoneen sähköjärjestel- * * mästä otettava 12 V jännite mittauslaitteiston muille yksiköille sopivaan muotoon.

• · · • · § ··· • Laitteiston käyttämät jännitteet ovat +5 V, -5 V, (+3.3 V) ja 12 V. Alustakoneen ··· · akusta saadaan 12 V jännite, joka alennetaan piireille sopiviksi 5:een ja 3.3:een 25 V:iin. Mikrokontrolleri on ainoa +3.3 V tarvitseva piiri. Laitteiston suojaukseen "··, käytetään 1 A:n nopeaa sulaketta. Negatiivinen (-5 V) jännite tarvitaan siniaalto- • · generaattorin syöttöjännitteeksi, positiivisen jännitteen lisäksi ja LCD-näytön , kontrastin säätöön. Jännite tuotetaan National Semiconductorin valmistamalla pii- ·*· rillä LM2662 invertoimalla positiivinen +5 V:n jännite. Piirin sisäisen oskillaatto-*·;·* 30 rin taajuus asetetaan 150 kHz:iin kytkemällä FC-pinni +5 V:iin. Piiri tarvitsee toi- :*·.· miakseen vain kaksi ulkoista komponenttia, kondensaattoria, joina ovat matalan ···.{ ESR:n omaavat keraamiset komponentit. Erikseen tarkoitusta varten suunnitel- luilla piireillä tarkkaillaan syöttöjännitteitä ja varoitetaan jännitteen alenemisesta.

• · · • * • * Näyttöyksikkö (DIM) koostuu valmiista näyttömoduulista, johon on integroitu 35 kaikki tarvittavat ohjaimet halkaisijan mittausten ohjaamiseksi ja mittaustulosten esittämiseksi näytöllä. Näyttöyksikkö on sijoitettu harvesterin alustakoneen oh- 9 119218 jaamoon. Näytön tarkoituksena on esittää koneen käyttäjälle puunrungon halkaisijan mittaustulokset ja muut halutut/tarvittavat tiedot. Tässä sovelluksessa halkaisijan mittauslaitteistoa ei ole liitetty mahdolliseen metsäkoneen tietojärjestelmään. Sopiva näyttöyksikkö on esim. tyyppiä TRIMODS1535 oleva LCD -mo-5 duuli, johon on integroitu näytön ajurit. Moduuliin liitetään vain käyttöjännitteet, datalinjat ja ohjauslinjat. Näytön resoluutiona voidaan käyttää joko 5x7 tai 5x10 pistekokoa.

Laitteistoon kuuluvat erilliset yksiköt on yhdistetty toisiinsa sopivilla kaapeleilla ja käyttöjännite tuodaan laitteelle sopivilla sähköjohdoilla. Tässä sovelluksessa käy-10 tettyjen ultraäänianturireiden kapasitanssi on 2000pF, joten myös äänisignaalin siirtoon käytettävillä kaapeleilla täytyy olla mainittu kapasitanssi. Kotelointi on toteutettu siten, että varmistetaan elektronisten laitteiden EMC-suojaus ja siten häiriötön toiminta sekä toisaalta estetään harvesterin ja sen alustakoneen ohjaus-elektroniikalle aiheutuvat sähköiset ja sähkömagneettiset häiriöt.

15 Luonnollisesti laitteistoon kuuluu lisäksi käyttöjännitekytkin ja mittaustulosten nollauskytkin. Laitteisto saadaan jännitteiseksi käyttöjännitekytkimestä. Kytkin on kaksiasentoinen, sulkutyyppinen painokytkin kuten mittaustulosten nollauskytkin, paitsi jälkimmäinen kytkin on avaustyyppinen. Nollauskytkin kytketään mikrokontrollerin prosessorin nolla-aktiiviseen RS-pinniin samoin kuin jännitteen-tark-20 kailupiirien yhteinen lähtökin käyttäen välissä OR-piiriä. Käyttö- ja nollauskytki-*.·.·' met on sijoitettu näyttöyksikön läheisyyteen, jotta käyttäjän on mahdollisimman itj*: helppo suorittaa nämä ohjaustoiminnot harvesterin käytön aikana.

• · * · * • · * j Kuvien 1-4 mukaisella mittauslaitteistolla varustettua harvesteria käytettäessä har vesterin karsintapää asetetaan puun juurelle sopivalle etäisyydelle maan pinnasta ··· ·;;; 25 kääntämällä harvesteri pystyasentoon. Tämän jälkeen syöttölaitteen 2 telaketjut *···* käännetään puun runkoa vasten ja puu katkaistaan karsintapäähän kuuluvalla kat kaisulaitteella 4. Seuraavaksi tehdään oksien karsinta karsintaterillä 3 ja sen jäi-keen seuraa rungon katkominen halutun mittaisiksi tukeiksi. Puun rungon 1 hal-kaisijan mittaus tapahtuu heti karsintavaiheen jälkeen (rungon tullessa ulos kar-,·,* · 30 sintaterien välistä) karsintapäähän kuuluvalla halkaisijan mittauslaitteella. Puun

* M

J karsinta ja rungon katkominen tapahtuu sinänsä tunnetulla tavalla. Halkaisijan . määrittäminen tapahtuu siten, että mittauslaitteistolla ja siihen kuuluvilla ultraää- ·· · : V niantureilla 5-7 suoritetaan etäisyyden mittauksia syöttölaitteen liikuttaessa puun runkoa katkaisulaitteen suuntaan (tai takaisin karsintaterien suuntaan). Mitatuista 35 etäisyyksistä lasketaan kolmen, puun rungon pinnalla olevan pisteen PI, P2 ja P3 119218 ίο koordinaatit, joiden avulla määritetään puun rungon halkaisija määrittämällä mahdollisimman lähellä näitä pisteitä olevan ympyrän halkaisija.

Puun rungon etäisyyden mittaaminen ultraääniantureilla (lähettimellä ja vastaanottimella) tapahtuu mittaamalla ultraäänipulssin lentoaikaa. Lentoaikamittauksella 5 tarkoitetaan sitä, että mitataan aika, joka ultraäänipulssilta kuluu, kun se kulkee lä-hetinyksikön ultraäänilähettimeltä kohteeseen ja heijastuu sieltä takaisin vastaan-otinyksikön ultraäänivastaanottimelle. Etäisyys s saadaan kertomalla äänen nopeus v lentoajan t puolikkaalla eli s = v-t/2, 10 Tässä tapauksessa käytettävällä 40 kHz:n taajuudella toimivalla ultraäänilähetti-mellä ja -vastaanottimella päästään yhdellä lentoaikamittauksella 8,6 mm:n mittaustarkkuuteen. Tekemällä useampia mittauksia päästän parempaan mittaustarkkuuteen. Tässä tapauksessa jokaisella kanavalla tehdään 10 lentoaikamittausta. Toisin sanoen kaikkiaan suoritetaan yhteensä 30 lentoaikamittausta, joiden perus-15 teella jokaiselta kanavalta saadaan yksi etäisyysarvo. Tämä tapahtuu niin, että jokaisen kanavan 10:stä mittatuloksesta lasketaan moodi, joka kertoo, mitä tulosta on esiintynyt eniten. Moodi antaa todennäköisimmän etäisyysmitan, jota käytetään halkaisijan laskennassa käytettävänä etäisyyden arvona. Ennen halkaisijan laskentaa tunnistetaan kohde josta ultraääni on heijastunut, jotta puun rungon hal-. ,\ 20 kaisijan laskennassa voidaan huomioida onko ko. ultraäänen heijastuskohdan pin- . ", nan vaikutus mittaustuloksiin ja että mittaustuloksista voidaan poistaa esim. pöly- · · ."! pilven aiheuttamat virheelliset etäisyyden mittaustulokset.

♦ · · ♦ ·· · '"*! Kohteen tunnistaminen tapahtuu tässä sovelluksessa siten, että vastaanotetun ultra- äänen amplitudin ja vaiheen perusteella päätellään ohjelmallisesti tapahtuvien tes-:"*· 25 tausten avulla, millaisesta kappaleesta ääniaalto on heijastunut. Heijastuneen ultra ääni-impulssin amplitudi riippuu seuraavista tekijöistä: Lähettimen suunnasta hei-jastavaan kohteeseen nähden, lähettimen ja vastaanottimen etäisyydestä heijasta- ,···, vaan kohteeseen ja kohteen muodosta. Lisäksi huomioidaan väliaineen vaikutus.

• · "* Tässä tapauksessa väliaineena on ilma, jonka lämpötila ja kosteus vaikuttavat :. *i 30 amplitudin voimakkuuteen.

*

Vastaanotetun signaalin amplitudia ja vaihetta tarkastellaan akustisen impedanssin • · m olettamuksien mukaan. Ensin selvitetään vastaanotetun signaalin amplitudi, minkä *···* jälkeen amplitudia verrataan tiettyyn vastaavasta kohteesta ennalta saatuun refe- renssiarvoon. Referenssiarvoa pienempiä mittaustuloksia ei huomioida. Suurem- 11 119218 mille arvoille tehdään tarkempi määritys, jotta varmistutaan, onko heijastuma tapahtunut puun kuoren päältä, kuoren alta vai kuoressa olevasta jäästä.

Kohteen tunnistuksessa tutkitaan lähetetyn signaalin ja vastaanotetun signaalin välillä tapahtumaa vaihesiirtoa seuraavilla periaatteilla: 5 Suuri amplitudi ja ei vaihesiirtoa -> heijastuma kiinteästä kappaleesta.

Pieni amplitudi ja ei vaihesiirtoa -> heijastuma kevyestä kappaleesta.

Pieni amplitudi ja vähän vaihesiirtoa -> heijastuma ilmaa vastaavasta kohteesta eli käytännössä ’’pölypilvestä”.

Kohteen tunnistus tehdään ohjelmallisesti laitteiston ohjaus- ja prosessointiyksi-10 kössä. Tunnistuksen perusteella tehdään tarvittavat korjaukset etäisyyden mittaustuloksiin niin, että irronneen tai jäässä olevan kuoren vaikutukset tulee huomioitua ja etäisyyden mittaustulos vastaa etäisyyttä ultraäänianturilta kuorettoman puun pinnalle.

Kohteen tunnistamisen ja etäisyyden mittauksen jälkeen lasketaan puun rungon 15 halkaisija. Laskennassa voidaan huomioida kohteen tunnistuksessa ilmenneet seikat mm. se oliko mittauskohdalla kuorta tai oliko jokin mittaustulos pölypilvestä johtuen virheellinen. Halkaisijan laskentaa varten karsintapäähän on ajateltu ku- • .·. vassa 1 esitetyllä tavalla harvesteripään suhteen paikalleen kiinnitetty koordinaa- • · · . .·. tisto, jonka suhteen paikalleen tiettyyn asentoon kiinnitettyjen ultraääniantureiden ; 20 koordinaatit sekä äänisignaalien suuntakulmat tunnetaan. Näiden tietojen ja ultra- * · · ääniantureilta saatujen etäisyyden mittaustulosten avulla lasketaan ensin vektorit, ,' joiden kärkipisteet ovat pisteissä Pi(xi,yi), Ρ2(*2,Υ2) ja P3(x3,y3). Nämä vektoreiden ·;; j kärkipisteet ovat puun rungon pinnalla olevia pisteitä, joiden avulla voidaan mää- *···* rittää halkaisijaltaan puun rungon halkaisijan kokoisen ympyrän halkaisija mate- 25 maattisilla menetelmillä.

»M

• ••f .*··. Kuvan 1 anturiparin 5 paikka on origossa (origo O). Muiden paikat riippuvat nii- den suhteesta origoon. Anturipari 6 sijaitsee vektorin OA kärjessä (pisteessä A) ja *· *ί vastaavasti anturipari 7 vektorin OB kärjessä (pisteessä B). Etäisyydet origosta antureihin ja anturien asennuskulma mitataan asentamisen jälkeen. Kuten edellä I*.*. 30 mainittiin, anturit pysyvät paikallaan, mutta puun runko 1 mm. sen paksuudesta ja • · .···. asennosta riippuen on aina eri etäisyydellä antureihin nähden.

• M*

Seuraavat kolme parametria saadaan ultraäänimittauksella: 12 119218 vektorin |AP1| pituus (etäisyys anturilta puunrunkoon) vektorin |OP2| pituus (etäisyys anturilta puunrunkoon) vektorin |BP3| pituus (etäisyys anturilta puunrunkoon) Näin ollen vektorit puun rungossa oleviin pisteisiin OPI, OP2 ja OP3 osoittavat 5 vektorit voidaan laskea summavektoreina yhteyksistä: OPI = OA+AP1 OP2 = OP2 OP3 = OB+BP3 joiden kärkipisteet ovat puun rungon pinnalla olevien pisteiden Pl(Xi,yO, P2(x2,y2) 10 ja Pl(x3,y3) koordinaatit ja joita käytetään puun rungon halkaisijan laskennassa lähtötietoina.

Puun rungon halkaisijaa ei voida laskea suoraan analyyttisesti, koska mittaustuloksissa on aina eri syistä johtuvia virheitä. Tästä johtuen halkaisija määritetään approksimaatioon perustuen muodostamalla ympyrä, jonka kehän neliöllisten etäi-15 syyksien summa minimoidaan mitattuihin puun rungon pinnalla oleviin pisteisiin Pl(xl,yl), P2(x2,y2) ja Pl(x3,y3) nähden. Tällöin muodostuu lineaarinen yhtälöryhmä, jonka ratkaisuna saadaan lopputulos, jossa puun rungon epäpyöreydestä, . .·. mittausepätarkkuudesta ja pisteiden sijainnista aiheutuvat virheet on minimoitu.

. Lineaarisen yhtälöryhmän ratkaisussa käytetään Gaussian eliminointimenetelmää.

• · · ♦ ·· * * : 20 Halkaisijan laskeminen tapahtuu niin, että etsitään ympyrä, joka täyttää ehdon: • •«H • « x2 + y2 + 2Ax + 2By + C = 0 ··*· • · · Tällöin ympyrän keskipiste on (-A, B) ja säde R = (A2+B2-C)1/2 ··** ***** *···* Oletetaan, että ympyrä approksimoidaan pisteiden pj (i=l,2,...,n) kautta. Tällöin :\| 25 pisteen pi = (x;,yj) neliöllinen virhe on (x2+y 2+2Ax;+2By; +C)2. Vastaavasti neli- •...: öllinen kokonais virhe on • · :***: φ = Z(Xi2+y i2+2Ax ;+2By; +C)2 ··* • · • m

Seuraavaksi määritetään A, B ja C siten, että Φ on minimoitu, mikä onnistuu ratkaisemalla lineaarinen yhtälöryhmä: 13 119218 2Σχ·>2Α+2Σ χμβ+Σ*ic+Σ (*.2+λ2 )*<=0 2Σ *< .μ+2Σ ylB+Σ yfi+Σ (¾2+τ,2 =0 2Σμ+2Σ^+»ο+Σ(^2+λ2)=ο

Toisin sanoen ratkaistaan yhtälöryhmä: 2Σχ?Α+ΪΣχ-,γ,Β+Σχρ+Σ(χ? + y‘)x, =0 2j; χΛλ+2Σ y?B+Σ y,c+Σ <*,!+y? )y,=1o 2Σχ^ + 2ΣλΒ+«Ο+Σ(α:,2+Λ!) = 0 5 Yleisesti saga samanaikaisesti laskettavia yhtälöitä voidaan kigoittaa matriisi-muotoon. Kun on n kappaletta yhtälöitä, joissa on n kappaletta tuntemattomia (xo,xi,X2,·. .,Xn-i) voidaan muodostaa matriisi: ^a0,0 8 1,0 ®Z,0 8n-1,0 \ 1*0 1 fb0 "\ 80,1 81,1 ®2,1 ---- 8n-1,1 *1 b1 ® 0,2 81,2 8 2,2 ---- 8 n-1,2 X2 _ b2 ^a0,n-1 81 ,n-1 a2,n-1 ---- an-1,n-1 J ^xn-lj ^bn-1ji * · * • · · ··· • ;*· Tämä voidaan kirjoittaa tiiviiseen muotoon Ax = b, jossa A on matriisi ja x ja b ··«' i 10 ovat vektoreita.

• · · *·· · * ’ Ympyrän ratkaisussa (kolme yhtälöä) tämä tarkoittaa sitä, että Xo=2X0, xi=2Y0 ja x2=Xo2+Yo2-R2· Gaussian eliminointimenetelmällä ratkaistaan x0, Xi ja x2.

··· • · • · ·«·

Ympyrän keskipiste (Xo,Yo)ja säde R saadaan ratkaistua x0, Xi ja x2 :n avulla seu-raavasti: ···· ··♦ !·:·! 15 X.="~» ja R2=X02+Y02-Xj

• · L A

• · * • ·· ♦ · josta saadaan laskettua ympyrän halkaisija D = 2R.

·* · • · · • Edellä selostetuilla matemaattisilla menetelmillä tapahtuva puun rungon pinnalla • · *·.·* olevien pisteiden koordinaattien laskenta ja niiden avulla tapahtuva halkaisijan laskenta tapahtuvat laitteiston ohjaus- ja prosessointiyksikössä lähetin- ja vastaan- 14 119218 otinyksikön ultraääniantureilla mitattuihin antureiden ja puun rungon välisiin etäisyyksiin perustuen. Laskenta tapahtuu mittauslaitteen toimintaa ohjaavassa tietokoneohjelmassa, jonka toiminta päätasolla on esitetty kuvassa 3 ja jossa tapahtuva mittaustiedon prosessointivaihe on esitetty kuvassa 4 esitetyssä kaaviossa tarkem-5 min. Mittausten ja laskennan jälkeen halkaisijan mittaustulos siirretään näyttöyk-sikön näytölle, josta se on harvesterin käyttäjän luettavissa. Mittaustulokset voidaan myös jäljestää tallennettavaksi puu-/runkokohtaisesti niin, että niistä voidaan yhdessä rungon pituustiedon kanssa laskea rungon tilavuus ja näin ollen puun määrä.

10 Keksinnön mukainen menetelmä puun rungon halkaisijan määrittämiseksi harvesterin karsintapäässä ja harvesterin karsintapää voidaan toteuttaa monelta osin edellä esitetystä esimerkkisovelluksesta poikkeavasti. Karsintapäähän kuuluvat sinänsä tunnetut osat, kuten karsintaterät, tartuntatelat ja katkaisulaite voidaan toteuttaa monella eri tavoin. Periaatteessa keksinnön mukaisen menetelmän mukai-15 nen puun rungon halkaisijan mittaus ei paljonkaan rajoita harvesterin karsintapään sinänsä tunnettujen osien toteuttamistapaa, koska ultraäänianturit on mahdollista asentaa moniin erilaisiin karsintapäihin esim. kuvan 2 mukaisella periaatteella.

Puun rungon halkaisijan mittaus ultraääneen perustuen voidaan vaihtoehtoisesti toteuttaa esim. DACC (Distance Amplitude Correction Curve) -menetelmällä. 20 Tämä menetelmä perustuu siihen, että heijastavasta materiaalista vastaanotetulla signaalilla on eri amplitudit eri mittausetäisyyksillä. Tällaisessa menetelmässä kai-: kista mitattavista puulajeista (esim. koivu, kuusi, mänty jne.) mitataan amplitudi- • vasteet tietyiltä etäisyyksiltä (mitä tiheämpi mittausten välimatka on, sitä enem- • · · m män saadaan amplitudimittauksia ja sitä parempi on etäisyysresoluutio). Ensim-25 mäinen amplitudimittaus otetaan etäisyydeltä di, puunrunkoa siirretään suhteessa "!!_ anturiin ja saadaan arvot etäisyydeltä d2. Mittauksia suoritetaan tarvittava määrä dx • · *** niin, että saavutetaan riittävä mittaustarkkuus. Eri materiaaleille tehtyjen referens- . simittausten tulokset tallennetaan ja muutetaan käyrämuotoon. Referenssimittauk- • · · •**: set suoritetaan vakio-olosuhteissa, mikä tarkoittaa sitä, että referenssimittauksia 30 tehtäessä lämpötilaa ja ilmankosteutta ei muuteta. Lämpötilan ja ilman kosteuden :*·.· muutokset huomioidaan harvesterin karsintapäässä tapahtuvissa mittauksissa las- • · kemiallisesti lämpötilan ja ilman kosteuden mittauksiin perustuen. Puun käsittelyn aikana saatuja mittaustuloksia verrataan referenssimittausten tuloksiin. Mitatun • · · l signaalin ensimmäistä amplitudi-arvoa vastaava arvo etsitään referenssikäyrältä, 1 jolloin saadaan etäisyys anturilta kohteeseen. Myös tässä mittausmenetelmässä 15 119218 heijastumat muualta kuin puunrungosta on eliminoitava. Tämä voi tapahtua esim. edellistä sovellusta vastaavalla tavalla.

Edellisistä edelleen poikkeavassa keksinnön mukaisen menetelmän sovelluksessa rungon halkaisijan mittaus on toteutettu niin, että nykyisin tunnettujen hal-5 kaisijanmittausrullien läheisyyteen tai rullien yhteyteen asennetaan ultraäänianturit. Varsinainen halkaisijan mittaaminen tapahtuu tässä menetelmässä nykyisin tunnetulla tavalla, mutta ultraääniantureilla tapahtuvalla mittauksella selvitetään tuleeko heijastuma jäästä, puunkuoresta tai muusta kohteesta, jolloin lopputuloksissa voidaan huomioida kuoresta aiheutuvat virheet/poistaa virheelliset mittaus-10 tulokset. Tällaisessa keksinnön mukaisen menetelmän sovelluksessa mittaus voidaan toteuttaa niin, että ultraääniantureiden ja puun rungon välillä on muovi-metalliseoksesta muodostetut väliainekappaleet. Väliainekappaleet on muotoiltu niin, että ne liukuvat herkästi ja mukautuvat puunpintaan, jolloin ne eivät painu mittaus-rullien tavoin kuoren sisään. Tavoitteena on saada anturin ja puunrungon väliin 15 sama impedanssinen väliaine, jolloin puusta poikkeavan materiaalin tunnistaminen onnistuu helposti. Esim. muovi ja metalliseos valitaan niin, että väliaineella ja puulla on sama akustinen impedanssi. Äänen nopeus kiinteässä aineessa on suuri ja sen vuoksi, jotta päästään lyhyeen aallonpituuteen, on käytettävä suurella taajuudella toimivaa ultraäänilähetin-vastaanotinta. Toisaalta väliaineena voidaan 20 käyttää myös esim. kumiseosta, jossa äänen nopeus on pieni. Tällöin aallonpituus saadaan lyhyeksi jo suhteellisen pienellä taajuudella toimivalla lähetin-vastaanot- *·:·* timella.

* • · · • · · • · · ; :*. Eräässä edellä esitettyjen sovellusten suhteen vaihtoehtoisessa halkaisijan mitta-

• »I

usmenetelmän sovelluksessa käytetään hyväksi lääketieteellisissä sovelluksissa 25 käytettyä USAE-menetelmää, jossa kaksi eri taajuudella olevaa ultraäänikenttää saatetaan vuoro vaikuttamaan keskenään fokusoimalla kentät samalle alueelle (fo-*** kaali alue). Vuorovaikutus saa aikaan ultraäänienergian tihentymisen. Tämä ener- giatihentymä saa vaikutusalueella olevan kappaleen värähtelemään. Värähtely ai- • · · ···[ kaansaa akustisen kentän, joka voidaan mitata. Kentän amplitudi on suoraan ver- **...· 30 rannollinen syntyneen ultraäänen intensiteettiin, joka vastaavasti on suoraan ver- ;*·,· rannollinen värähtelevän kappaleen ominaisuuksiin (lähinnä kappaleen muotoon ja • · kokoon). Ongelmana tässä menetelmässä on se, että puunrungon sivu pitäisi saada aina asetettua fokaalille alueelle ja mittausmatka heijastumasta ei saisi olla liian * · · : ·* pitkä ultraäänen vaimentumisen kannalta. Ultraäänikenttä ei tietenkään saa puun- 1 runkoa värähtelemään vaan kentän vaikutusalue rungossa on niin pieni, että sen 16 119218 mittaaminen täytyy suorittaa läheltä vaikutusaluetta varsinkin, jos väliaineena on ilma. Kiinteän aineen ollessa väliaineena mittaus voidaan suorittaa kauempaa.

Edelleen eräässä edellisille menetelmille vaihtoehtoisessa halkaisijan mittausmenetelmän sovelluksessa käytetään hyväksi ultraäänen modulointia. Normaalisti ult-5 raääniantureille syötettävään siniaaltoon (kantoaalto) moduloidaan korkeataajuuk-sinen aalto, joka ilmaisee etäisyyden puunrunkoon. Anturipareja on oltava vähintään kolme kappaletta ja halkaisija lasketaan esim. jotakuinkin samoin edellä esitetyssä lentoaikaan perustuvassa mittausmenetelmässä.

Edellä esitetyt vaihtoehtoiset menetelmät edellyttävät luonnollisesti erilaisia mitta-10 uslaitteiston mekaanisten osien, elektronisten laitteiden ja ohjelmistojen rakenteellisia toteuttamistapoja, joissa voidaan käyttää sovellettavasta menetelmästä sekä mm. harvesterista ja sen alustakoneesta riippuen monia erilaisia vaihtoehtoja. Esim. ultraääniantureiden sijoittelu, antureiden kiinnitystavat, ohjaus- ja prosessointiyksikön rakenne, tarvittavat ohjelmistot, näyttöyksikkö jne. voidaan toteuttaa 15 näissä huomattavastikin edellä selostetusta, lentoaikamittauksiin perustuvasta sovelluksesta poikkeavasti. Lisäksi kaikki nämä halkaisijan mittausmenetelmät on mahdollista toteuttaa siten, että harvesterin ohjausyksikkö ohjaa halkaisijan mittauslaitteistoa harvesterin toimintojen mukaan niin, että puun rungon halkaisijan mittaus tapahtuu tietyssä puun käsittelyn vaiheessa automaattisesti ja että hal-20 kaisijan mittauksista saatavat tulokset saadaan tallennettua harvesterin ohjausyksi-kössä muodostettaviin raporttitiedostoihin. Tällöin voidaan halkaisijan mittaustie-: s1: don ja harvesterin toimintojen välisiä yhteyksiä verrata ja esim. hyödyntää saatua : halkaisijan mittaustietoa myöhemmin puun käsittelyn ohjauksessa.

»M ·

Keksintöä ei rajata esitettyihin edullisiin sovelluksiin, vaan se voi vaihdella pa- • · 1 ···· 25 tenttivaatimusten muodostaman keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

• · • · * · · • · · • · · · • · · · • · *·· • · • · · * 1« • · • ♦ * * · · • · · • · • 1 · · · • · • · ·

Claims (8)

119218

1. Menetelmä puun rungon (1) halkaisijan määrittämiseksi harvesterin karsinta-päässä, jossa menetelmässä puun rungon (1) halkaisija mitataan harvesterin kar- 5 sintapäässä puun käsittelyn aikana ja jossa menetelmässä puun rungon (1) halkaisija mitataan ultraääneen perustuvalla mittausmenetelmällä, tunnettu siitä, että puun rungon (1) halkaisija määritetään mittaamalla ainakin kolmen puun rungon pinnalla olevan pisteen etäisyyttä ainakin kolmella karsintapäähän kiinnitetyllä ultraäänianturilla (5-7). 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että etäisyys määritetään mittaamalla puun rungosta (1) heijastuneen ultraäänipulssin lentoaika ja laskemalla ultraäänianturin (5-7) ja puun rungon pinnalla olevan pisteen (P1-P3) välinen etäisyys väliaineen äänennopeuden perusteella. 15

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että etäisyys määritetään vertaamalla puun rungosta (1) takaisin heijastuneen ultraääni-pulssin amplitudiarvoja kyseiselle puulajille aiemmin tehdyissä vertailumittauk-sissa saatuihin amplitudiarvoihin, joita vastaavat etäisyydet tunnetaan. 20

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että : takaisin heijastuneen ultraäänipulssin vaiheen perusteella päätellään, millaisesta ; ;*; kohteesta ultraäänipulssi on heijastunut, ja että tällä perusteella muodostetun koh- • · · : detiedon avulla korjataan alkuperäisiä mittaustuloksia niin, että korjattu tulos vas- 25 taa todellista ultraäänianturin (5-7) ja puun rungon (1) välistä etäisyyttä. • · ·

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ***' että etäisyyden mittaustulosten perusteella määritetään ainakin kolmen puun run gon (1) pinnalla olevan pisteen (P1-P3) koordinaatit karsintapäähän kiinnitetyssä • · *···* 30 koordinaatistossa, ja että puun rungon (1) halkaisija määritetään laskemalla koor- dinaattien avulla approksimoidun ympyrän halkaisija, joka vastaa puun rungon halkaisijaa. • · • * * • · • t ,·’ 6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • · · *·[' 35 että etäisyyden mittausten aikana mitataan ilman lämpötilaa lämpötila-anturilla ja ilman kosteutta ilman kosteuden mittausanturilla, ja että ultraääniantureiden (5-7) mittaustuloksia korjataan ilman lämpötilan ja kosteuden mittausantureilta saatujen mittaustulosten avulla. 119218

7. Harvesterin karsintapää, johon kuuluu tartuntaelimet (2), karsintaterät (3) ja puun rungon katkaisulaite (4) ja johon karsintapäähän kuuluu puun rungon halkaisijan mittauslaite, johon kuuluu ainakin yksi ultraääneen perustuva mittausan-5 turi (5-7) puun rungon (1) halkaisijan määrittämiseksi, tunnettu siitä, että harvesterin karsintapäässä on ainakin kolme ultraäänianturia (5-7), jotka on jäljestetty mittaamaan ainakin kolmen puun rungon pinnalla olevan pisteen (P1-P3) ja ultraääniantureiden (5-7) välistä etäisyyttä.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen harvesterin karsintapää, t u n n e t t u siitä, että harvesterin karsintapäähän kuuluu mittausanturit ilman lämpötilan ja ilman kosteuden mittaamiseksi. • · · • · · • · · • · · • · · »M • · • · · • · · ··· · • • · » ··** ♦ ·· • « • · ·«· « · I • · · ··· 1*1 • · • ··· • · * · · • *· • · ··« * · • · ··« • · • · · * · • · **♦ • · • · ··· 119218